DE3545158C2 - - Google Patents
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- DE3545158C2 DE3545158C2 DE3545158A DE3545158A DE3545158C2 DE 3545158 C2 DE3545158 C2 DE 3545158C2 DE 3545158 A DE3545158 A DE 3545158A DE 3545158 A DE3545158 A DE 3545158A DE 3545158 C2 DE3545158 C2 DE 3545158C2
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines
Schweißprozesses nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches sowie
eine Schweißvorrichtung.
Es ist aus EP-A1-1 00 787 bekannt, mit einem Lichtsensor
eine Spitzenzündungs-Bolzenschweißung in der Weise zu
überwachen, daß das Lichtintensitätssignal auf Maxima und
Unstetigkeiten überprüft wird und zu dadurch
festgestellten Zeitpunkten Steuersignale an die
Schweißvorrichtung zur Änderung der Betriebsparameter für
den folgenden Schweißzyklus gegeben werden.
Weiterhin ist es aus DE-OS 33 33 151 bekannt, an einer
Schweißvorrichtung Schallaufnehmer anzuordnen und aus dem
Geräuschsignal charakteristische Größen zu bilden, diese
mit vorgegebenen Werten zu vergleichen und deren Abweichungen
zur Regelung des Schweißprozesses zu verwenden.
Zweck dieser bekannten Vorgaben neuer Betriebsparameter
zur Steuerung bzw. Regelung des Schweißprozesses ist es,
bei unterschiedlichen oder stark veränderlichen Ausgangsbedingungen
eine Schweißung gleichmäßig guter Qualität zu
erreichen. Die bekannten Verfahren bedürfen jedoch zu
ihrer Durchführung jeweils umfangreicher Vorarbeiten, in
denen eine Korrelation der einzelnen Prozeßparameter und
Ausgangsbedingungen zu den Meßgrößen, z. B. den
charakteristischen Licht- bzw. Schallsignalgrößen, und zu
den Qualitätsmerkmalen gebildet wird, wobei möglichst
eindeutige paarweise Abhängigkeiten von
charakteristischen Signalgrößen zu Prozeßparametern
aufzusuchen sind.
Es ist weiterhin aus Rechenberg "Evolutionsstrategie",
Fr. Fromm Verlag, Stuttgart-Bad Cannstadt, 1973, S. 38,
bekannt, Regelsysteme selbstoptimierend auszuführen, wobei
die Parameter in einer Regelstrecke abhängig von einem
Qualitätskriterium der Regelung systematisch statistisch
variiert werden, so daß ohne vorherige Kenntnis des zu
regelnden Signales sich eine optimale Reglercharakteristik
einstellt und sich die Reglercharakteristik auch einer
Veränderung des Signalcharakters anpaßt. Als nachteilig
ist jedoch hierbei die Gefahr der Entstehung von
Eigenschwingungen bei Überschreiten eines Stabilitätsbereiches
angegeben, obwohl der aufgezeigte Regelkreis
vergleichsweise zu einem Schweißprozeß einfach und
überschaubar ist. Bei der Anwendung einer adaptiven
Evolutionsstrategie auf Schweißverfahren ist somit um so
mehr mit einem unerwünschten instabilen Regelverhalten
oder mangelnder Konvergenz zu rechnen.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein adaptives Steuerungsverfahren
für Schweißprozesse zu offenbaren, das eine
Adaption auf neue Prozeßbedingungen, z. B. eine andere
Werkstückgeometrie oder anderes Material, mit relativ
schneller Konvergenz zu stabilen Betriebsverhältnissen
erbringt und danach Schweißungen gleichmäßig hoher
Qualität durchführt, ohne daß Korrelationen der
Prozeßparameter zu charakteristischen Meßgrößen des
Prozesses oder Prozeßproduktes vorab zu ermitteln sind.
Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des
Hauptanspruches angegeben.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Umfangreiche Versuche haben ergeben, daß das Verfahren
sowohl für in Zyklen ablaufende Schweißverfahren, z. B.
Punktschweißungen und Bolzenschweißungen, wie auch bei
kontinuierlichen und insbesondere quasi kontinuierlichen
Schweißverfahren, wie dem Impulslichtbogen-Schweißen, dem
Elektronenstrahl- oder Laserstrahl-Schweißen, erfolgreich
ist.
Bei der Anwendung für Punktschweißungen, wurden für die
Prozeßparameter: Elektrodenkraft, Vorpreßzeit,
Vorwärmzeit, Vorwärmstrom, Schweißzeit, Schweißstrom und
Nachpreßzeit lediglich obere Grenzen angegeben. Als
Qualitätskriterium wurde die Scherzugkraft kombiniert mit
einer Bewertung der Zykluszeit, die sich aus der Vorpreß-,
der Vorwärm-, der Schweiß- und der Nachpreßzeit
zusammensetzt, angewandt. Die Kombination beider
Komponenten zu einem Qualitätskriterium ergab eine
Konvergenz der Schweißparameter bei etwa 90 Prozent der
erreichbaren Festigkeit bei wirtschaftlicher, um ein
vielfaches gegen die Maximalzeit verkürzter, Zyklusdauer.
Die Prüfung der Scherzugkraft ist nur während
der ersten 50 Schweißpunkte erforderlich; dann haben sich
die sieben Schweißparameter stabilisiert. Damit eine
weitere vorteilhaft vereinfachte Überwachung und Regelung
der Schweißparameter abhängig von Veränderungen der
Elektroden oder Blecheigenschaften usw. erfolgen kann,
werden bei den ersten Schweißungen Kennwerte der Strom-
und Spannungsverläufe ermittelt, aus denen Referenzwerte
für die Prozeßparameter der weiteren Schweißungen gebildet
werden.
Vorteilhaft wird eine Stromversorgung mit Phasenanschnittsteuerung
eingesetzt und der Energieinhalt der einzelnen
Phasen als Sollwert vorgegeben und jeweils eine ermittelte
Abweichung der in einer abgelaufenen Phase tatsächlich
eingebrachten Energie durch entsprechende Änderung des
Phasenanschnittes der folgenden Phase ausgleichend und
vorausschauend korrigierend berücksichtigt.
Ein weiteres vorteilhaftes Anwendungsgebiet des Verfahrens
ist das Impulslichtbogen-Schweißen, da dieses gegenüber
dem strom- oder spannungsgeregelten Lichtbogenschweißen
weit schwieriger bezüglich der Vorgabe geeigneter
Prozeßparameter ist, deren Anzahl noch größer als bei dem
einfachen geregelten Schweißen ist, da Impulsfrequenzhöhe
und -dauer hinzukommen. Das Impulslichtbogen-
Schweißen bietet jedoch bei richtiger Anwendung sehr große
Vorteile, da die Einbringung des Schweißgutes in eine
Schweißnaht spritzerarm und bündig zu den angrenzenden
Oberflächen ausgeführt werden kann und dadurch Nacharbeit
weitgehend entfällt. Darüberhinaus bietet das
Impulsschweißen die Möglichkeit, weitgehend unabhängig
voneinander die Vorwärmenergie, die dem Schweißobjekt
zugeführt wird, und die Schmelzenergie, die dem Schweißgut
zugeführt wird, vorzugeben, wodurch bei geeigneter
Vorwärmung eine solche Abkühlung der Schweißnaht auch bei
hochlegierten Werkstoffen erreicht werden kann, daß keine
Spannungsrisse entstehen. Das im Einzelfall hierfür
einzuhaltende Temperatur-Zeitprofil des abzukühlenden
Schweißgutes ist nach bekannten Methoden zu bestimmen
und dient als ein Gütekriterium für die Beurteilung des
Schweißprozesses. Da die Schweißung mit einer jeweils
bekannten Vorschubgeschwindigkeit erfolgt, entspricht das
Temperatur-Zeitprofil einem räumlichen Temperaturprofil,
das aus der Temperatur weniger Meßpunkte, in bestimmter
relativer Lage der Schweißstelle nachfolgend, ständig
ermittelt wird und mit einem vorgegebenen Temperaturprofil
verglichen wird, so daß die dadurch bestimmte Abweichung
bei der adaptiven Steuerung der Einbringung von Vorwärm-
und Schmelzenergie als eine Bewertungskomponente der
Qualität vorteilhaft verwandt wird.
Darüberhinaus werden vorteilhaft weitere Bewertungskomponenten
der Qualität durch Temperaturmessungen, die die
Schweißzonenbreite und die Lage des Schweißbades in der
Fuge erfassen, den Füllungsgrad und ein unerwünschtes
Vorlaufen der Schmelze wiedergeben.
Das Qualitätskriterium wird vorteilhaft durch eine wirtschaftliche
Komponente ergänzt, die z. B. in der Abschmelzleistung
bestehen kann.
Die gezeigten Beispiele sind vom Fachmann auf andere
Verhältnisse übertragbar, wobei auch andere Qualitätskriterien
oder Ersatzkriterien, z. B. charakteristische Größen
von Schallsignalen, für die adaptive Regelung verwendbar
sind. Insbesondere ist eine Übertragung auf das quasi
kontinuierliche, pulsmäßige Elektronenstrahl- und
Laserstrahl-Schweißen möglich, bei denen ebenfalls eine
große Zahl von Betriebsparametern vorzugeben ist.
Für eine schnelle Konvergenz der adaptiven Regelung durch
statistische Variation der Prozeßparameter werden diesen
sinnvolle Grenzen vorgegeben. Durch die statistische
Variation wird sichergestellt, daß alle Kombinationen in
den zugelassenen Bereichen erfaßt werden und ein evtl.
vorhandenes Nebenoptimum wieder verlassen wird.
Sofern sich die externen Einflußgrößen auf den Prozeß
ändern, wird dies durch die Adaption ausgeglichen. Damit
der Prozeß sich in kurzer Zeit nahe dem Optimum der
Qualität ohne hohe Schwingungsamplituden bewegt, wird die
Streuung der statistischen Variation der Prozeßparameter
abhängig von der erreichten Qualität verringert.
Das Verfahren beinhaltet die vorteilhafte Möglichkeit bei
den laufend durchgeführten Grenzwertvergleichen bei
Erreichen oder Überschreiten der Grenzen eines Qualitäts-
Toleranzbereiches einen Alarm abzugeben oder eine
Aufzeichnung des Qualitätsniveaus laufend vorzunehmen.
An Hand der Fig. 1 bis 6 sind Vorrichtungen für die
Durchführung des Verfahrens und Einzelheiten des
Verfahrens dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Punktschweißvorrichtung mit Steuer-
und Regelvorrichtung;
Fig. 2 zeigt ein Schema des Adaptionsverfahrens zum
Punktschweißverfahren;
Fig. 3 zeigt eine Impulslichtbogen-Schweißvorrichtung mit
Steuervorrichtung;
Fig. 4 zeigt ein Schema des Adaptionsverfahrens zum
Impulslichtbogenschweißen;
Fig. 5 zeigt die Wahrscheinlichkeiten der statistischen
Variationen für verschiedene Adaptionsstufen für
einen Prozeßparameter;
Fig. 6 gibt die mathematische Darstellung einer
statistischen Parametervariation und Selektion.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Punktschweißvorrichtung mit
der Schweißzange (SZ) bekannter Bauart, in der die Bleche
(BL), durch das Steuersignal (EA) gesteuert, mit einer
vorgegebenen Einspannkraft für die Zykluszeitdauer
gehalten werden. Der Schweiß- und der Vorwärmstrom werden
aus einer Stromversorgung mit der Eingangswechselspannung (Ue) über einen
Transformator (Tr) und einen steuerbaren Gleichrichter
(GS), der durch Phasenanschnittssignale (PTn) gesteuert
ist, an die Schweißelektroden in der Schweißzange (SZ)
geliefert. Einem Steuerprozessor (MP) werden die
Meßsignale des Schweißstromes (IS) und der Schweißspannung
(US) und die Phasenanfangspunkte (TP 01) der Wechselspannung
zugeführt. Außerdem ist er mit einer Eingabevorrichtung
(EG), z. B. einer Tastatur, für die Vorgabe von oberen
und unteren Grenzwerten der Prozeßparameter, von
Qualitätskennwerten und -toleranzbereichen, und von
Betriebsarten, sowie mit einem Zeitgeber (CL) und einer
Ausgabevorrichtung für Prozeßparameter und Grenzwertüberschreitungen
verbunden.
Das geschweißte Fertigteil (FT) wird einer Qualitätsmeßvorrichtung
(QM) zugeführt, die aus einem Scherzugkraftmeßgerät
besteht, das die jeweilige Scherzugkraft (SK)
dem Steuerprozessor (MP) meldet.
Der Steuerprozessor (MP) enthält vorteilhaft eine
Regelvorrichtung (RV), deren Funktionen symbolisch
dargestellt sind. Sie bildet das Integral aus dem
Schweißstrom (IS) und der Schweißspannung (US) in einem
Integrator (UI) jeweils über die Phasenzeiten (TP) der
Wechselspannung und führt die so errechneten Energiewerte
(EPn-1) der jeweils vergangenen Phase einem Vergleicher
(V 3) zu, der die Energiedifferenz (DE) zu den jeweils für
diese vergangene Phase vorgegebenen Energievorgabewert
(EPVn-1) bildet. Die Energiedifferenz (DE) wird in dem
Addierer (ADD 3) zu dem für die beginnende Phase
vorgegebenen Energievorgabewert (EPVn) addiert und über
einen funktionalen Umsetzer (E/P) in eine
Phasenanschnittszeit (PTn) und einen Phasenenergiewert
(EP) umgesetzt, die dem steuerbaren Gleichrichter (GS)
zugeführt bzw. dem Zyklus und der Phase zugeordnet
abgespeichert werden. Somit ist die Energieeinbringung
unabhängig von dem zeitlichen Widerstandsverlauf in der
Schweißstelle geregelt. Wegen der adaptiven Eigenschaft
des Verfahrens kann der funktionale Umsetzer (E/P)
vorteilhaft auch weggelassen werden, wobei die nächste
Phasenanschnittszeit (PTn) durch die nur qualitativ
bewertete Energiedifferenz (DE) beeinflußt wird.
In Fig. 2 sind weitere Einzelheiten des Prozeßablaufs in
dem Steuerprozessor (MP) dargestellt. In einem Grenzwertspeicher
(MG) sind jeweils die eingegebenen Grenzwerte
(GW, GWo, GWu, GZ) für die Prozeßparameter abgelegt. In
einem statistischen Generator (SG) wird jeweils, normiert
im Toleranzbereich (Tb), der durch die Differenz des
oberen und unteren Grenzwertes (GWo, GWu) jeweils gegeben
ist, ein Streuwert (SW) erzeugt, der im Addierer (ADD 1)
zu aus im Parameterspeicher (MPP) gespeicherten und im
Mittelwertbildner (MM) gebildeten Parametermittelwerten
(VP) addiert wird, wonach die Summe in einem Vergleicher
(V 1) auf ihre Lage zwischen den Grenzwerten (GWo, GWu)
geprüft wird und, falls sie außerhalb dieser liegt, ein
Wiederholsignal (R) an den Statistikgenerator (SG) gegeben
wird oder anderenfalls der neue Prozeßparameter (P) in den
Parameterspeicher (MPP) abgelegt und dem Satz der
Prozeßparameter (PP), der den nächsten Schweißzyklus
steuert, zugestellt wird. Dieser Satz besteht aus den
Prozeßparametern: Elektrodenkraft (EK), Vorpreßzeit (VT),
Vorwärmzeit (WT), Vorwärmstrom (WT), Schweißzeit (ST),
Schweißstrom (ST) und Nachpreßzeit (NT). Diese
Parameterwerte werden in eine Zeitschaltung (ZS), einem
Signalumsetzer (SU) und einem Stromwert-Energiewertumsetzer
(I/E) eingespeist, die die Ansteuersignale (EA, ZT,
EPV) für die Schweißzange, die Regelvorrichtung (RV) und
eine Zeitbewertung liefern.
Für die Bildung der Qualitätsaussage nach einem
abgelaufenen Zyklus wird eine Abweichung (DS) gebildet,
die durch Vergleich des Scherkraftsignales (SK) im
Qualitätsvergleicher (QV) mit einem Qualitätskriterium
(QK) in einem Qualitätstoleranzbereich (QT) ermittelt
wird. Zu dieser Abweichung werden vorteilhaft für die
Ökonomie der Schweißungen in dem Addierer (ADD 2) eine
Zeitabweichung (DT) der abgelaufenen Zykluszeit (ZT) von
einem Zeitgrenzwert (GZ) und die Energiedifferenzsumme
(SDE), geeignet normiert, addiert. Die einzelnen
Abweichungen (DS, DT) zu den vorgegebenen Kriterien (QK,
GZ) werden zweckmäßig als Absolutwerte gewertet, und die
Normierung erfolgt zweckmäßig in dem jeweils vorgegebenen
Toleranzbereich (QT) auf 1. Die im Addierer (ADD 2)
gebildete Qualitätsabweichung (A) wird zweckmäßig
entweder auf den Wert 1 begrenzt oder vorzugsweise bei der
maximalen Abweichung aller Komponenten (DS, DT) auf 1
normiert. Mit jedem Zyklussendesignal (CS) wird die gesamte
Qualitätsabweichung (A) im Abweichungs-Speicherabschnitt
(MA), zugeordnet zu dem gespeicherten Parametersatz und
den im Energiewertspeicher (ME) gespeicherten
Phasenenergiewerten (EP), für diesen Zyklus abgelegt.
Für die Optimierung der Prozeßparameter werden nun die
gespeicherten Qualitätsabweichungen (A) einer
Maximumbestimmung (AMax) zugeführt und der dem Maximum
zugeordnete Parametersatz und die diesem zugeordneten
Phasenenergiewerte aus den Speichern (MPP, ME)
eliminiert. Es verbleibt jeweils eine vorgegebene Anzahl
von Sätzen, z. B. 10, im Speicher. Aus deren Inhalten
werden dann im Mittelwertbildner (MM) jeweils die
mittleren Prozeßparameter (VP), die
Phasenenergievorgabewerte (EPVn) und die mittlere
Qualitätsabweichung (Va) gebildet. Mit letzterer wird
vorteilhaft der statistische Generator (SG) in seiner
Streubreite gesteuert, wodurch die Konvergenz der Adaption
beschleunigt wird. Die Streubreite wird dabei zweckmäßig
so normiert, daß die Halbwertsbreite dem jeweiligen
Toleranzbereich (Tb) des einzelnen Parameters entspricht,
wenn eine maximale Abweichung (Va) des
Qualitätsmittelwertes vorliegt, was auch zu Beginn, wenn
noch keine Werte im Speicher vorliegen, postuliert wird.
Nach einer Anzahl von Zyklen streuen die Prozeßparameter
und die Qualitätsabweichung nur noch gering von Zyklus zu
Zyklus. Dann wird auf die Scherzugkraftmessung verzichtet
und ein anderer Betriebszustand vorgegeben, in dem
lediglich die Zeitabweichung (DT) und die Summe der
Phasenenergiedifferenz (SDE) hilfsweise zur Qualitätsbeurteilung
dienen, wodurch eine ständige Adaption an
veränderte Betriebsverhältnisse, z. B. Änderung des
Oberflächenverschmutzungsgrades, Elektrodenabnutzung und
-verschmutzung, erreicht wird.
Zwei praktische Versuchsreihen haben ergeben, daß bei
Vorgabe der Grenzwerte
lt. den Tabellen eine gute Adaption nach 50 bis 80 Zyklen
erreicht wurde. Bei der ersten Vorgabenreihe wurde eine
Scherzugkraft von 7-9 kN auf Kosten der Zykluszeit von
310 Perioden erreicht, wohingegen bei den zweiten Vorgaben
eine Scherzugkraft von 5-7 kN bei einer Zykluszeit von
nur 18 Perioden erreicht werden konnte. Es wurden dabei
1-mm-Bleche St 14 verarbeitet.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Impulslichtbogen-Schweißvorrichtung.
Die Schweißfuge (SF) der Bleche (B 1, B 2) wird
mit dem Schweißlichtbogen (SL), dem die Schweißelektrode
(E 1) abbrennend zugeführt wird, durch eine Schweißnaht
(SN) geschlossen. Die Elektrode (E 1) ist in einer
Schweißpistole (SP) geführt, durch die Schutzgas (SG) über
ein gesteuertes Schutzgasventil (GV) der Schweißstelle in
bekannter Weise zugeführt wird. Die Schweißpistole ist mit
einem Vorschubantrieb (AV) und einem Querantrieb (QV) zur
Zentrierung der Elektrode zur Naht verbunden und über ein
Kabel an eine Stromquelle (SQ) angeschlossen.
Diese wird durch Steuersignale der Betriebsparameter von
einem Steuerprozessor (MP 1) bezüglich des Grundstromes
(IG), des Impulsstromes (IP), der Impulsdauer (TD) und
der Impulspausendauer (TP) zwischen den Stromimpulsen
gesteuert. Weiterhin gibt der Steuerprozessor Betriebsparameter
als Steuersignale (SGV, SAV, SQV, SEV) für die
Vorschubantriebe und das Ventil ab, und er meldet
besondere Betriebszustände und Grenzwertüberschreitungen
der Betriebsparameter oder Qualitätsmerkmale auf einer
Ausgabevorrichtung (AG). Die Grenzwerte der Betriebsparameter
und die Qualitätskennwerte und -toleranzbereiche
werden durch die Eingabevorrichtung (EG) in den
Steuerprozessor eingegeben, und von einem Zeitgeber (CL)
erhält er Taktsignale.
Zur Qualitätskontrolle der Schweißung sind an der
Schweißpistole Strahlungssensoren (SS 1, SS 2) angeordnet,
die vorzugsweise Infrarotlichtmeßsignale (L 1, L 2) an den
Steuerprozessor geben. Mit ihnen werden, von in bestimmten
Abständen der Schweißstelle nachfolgenden Meßbereichen
(T 1, T 2, T 3) und von weiteren Meßbereichen (T 7, T 8; T 4,
T 6) am Rande und neben der Schweißnaht sowie von einem
Meßbereich (T 5) dicht vor dem Lichtbogen, Strahlungsmeßsignale
laufend abgenommen. Die Strahlung wird dabei
jeweils durch eine geeignete Optik auf eine Anordnung von
Photosensorenelementen oder vorzugsweise Photosensorzeilen
gerichtet und abgebildet. Die Meßbereiche entsprechen in
ihrer Ausdehnung etwa der Schweißnaht- bzw. Fugenbreite.
Fig. 4 zeigt, ähnlich zu Fig. 2, schematisch die in dem
Steuerprozessor enthaltene Prozeßsteuerung; somit sind
gleichartige Funktionseinheiten gleichartig mit
Bezugszeichen gekennzeichnet, so daß hier nur noch die
unterschiedlichen Teile beschrieben werden. Der Satz der
Prozeßparameter (PP 1) enthält die Steuergrößen (SGV, SAV,
SQV, SEV, IG, IP, TD, TP) für die Schweißpistole und
die Stromquelle deren Grenzwerte (GW) sind in den
Grenzwertspeicher (MG) eingeschrieben, ebenso wie die
Qualitätskriterien (QK) und -toleranzbereiche (QT). Die
Infrarotlichtsignale (L 1, L 2) werden im Bewerter (L/T)
durch Meßwertverarbeitung durch absolute und differentielle
Bewertung in eine Signalwertgruppe (GTW) umgesetzt, die
den zeitlichen Temperaturabfall durch Differenzbildungen
zwischen den Temperaturen in den nachlaufenden
Meßbereichen (T 1, T 2, T 3), die Schweißbadtemperatur (T 1),
die Vorheiztemperatur aus den Temperaturen an den Orten
(T 4, T 6) neben der Schweißstelle, ein Füllstandssignal aus
den Temperaturen in den Bereichen (T 7, T 8) an den Rändern
der Schweißnaht, ein Lagesignal durch Vergleich der
Temperaturen an den Rändern sowie ein weiteres Signal über
die Ausbildung der Schweißzone in Vorschubrichtung in dem
dem Lichtbogen vorlaufenden Meßbereich (T 5) beinhaltet.
Diese aus den Temperaturen gebildeten Signale werden in
dem Qualitätsvergleicher (QV 1) mit den Qualitätskriterien
(QK) in ihren Toleranzbereichen (QT) verglichen. Die
festgestellten Abweichungen (D 1, D 5, D 123,
D 46) zu den verschiedenen Signalen, die jeweils
mit den Bezugsendzeichen bezeichnet sind, die die
Bezugsendziffern des Meßbereiches benennen, werden dem
Addierer (ADD 2) zugeführt, in dem der Wert der
Qualitätsabweichung (A 1) gebildet wird. Gesteuert durch
ein periodisches Signal (SC 1) werden durch
Zwischenspeicherung, Selektion, Mittelwertbildungen und
statistische Variationen wiederholt neue Prozeßparametersätze
(PP 1) in der in Fig. 2 beschriebenen Weise gebildet,
gespeichert und zur Steuerung aktiviert.
Da die Auswertung der Infrarotlichtsignale in wenigen
Millisekunden erfolgt, konvergiert die Adaption bereits
auf einer kurzen Vorschubstrecke auf eine spritzerarme
Schweißung und eine gleichmäßige Füllung der Schweißnaht;
ein vorgeschriebenes Abkühlungsprofil wird jedoch wegen
der Durchlaufzeiten, die zwischen der Schweißstelle und
dem hintersten Meßbereich liegen, erst nach mehreren
solcher Durchlaufzeiten erreicht. Um zu besonders
günstigen Selektionen von Parametersätzen zu kommen, ist
es deshalb vorgesehen, eine erste Anzahl von Sätzen, z. B.
10, die in kurzen Zeitabständen zur laufenden Schweißung
gewonnen wurden, in dem Speicher zur Auswertung
bereitzustellen und eine zweite Anzahl von Sätzen, z. B.
ebenfalls 10, die jeweils in einem größeren Zeitabstand,
der der Länge des nachfolgenden Meßbereiches entspricht,
gewonnen wurden, bereitzustellen.
Sofern die Grenzwerte und insbesondere die Qualitätskriterien
geeigneter Weise vorgegeben sind, stabilisiert sich der
Parametersatz in der Weise, daß eine gleichmäßige
Schweißnahtfüllung durch proportionale Anpassung der
Elektroden-Vorschubgeschwindigkeit an die
Pistolen-Vorschubgeschwindigkeit entsteht und ein
ausreichend langsamer Temperaturabfall bei der Abkühlung
der Schweißnaht erfolgt, indem sich der für die Vorheizung
der Bleche notwendige Grundstrom einstellt, und ein
spritzerarmes Einbringen der Schweißguttropfen erfolgt,
indem sich die Abschmelzleistung dem Elektrodenvorschub
gemäß einstellt und das Ende der Stromimpulse etwa dem
Zeitpunkt der Tropfenablösung entspricht. Damit die
Adaption der Impulsparameter (TD, TP, IP) störungsfrei
erfolgt, wird das periodische Signal (CS 1), dem die
Auswertung der Signale folgt, jeweils synchron zu einem
Schweißstromimpuls gegeben.
Dem Fachmann ist es möglich, die Meßpunkte für andere
Schweißvorgänge entsprechend anzuordnen. Auch kann zweckmäßig
die Elektrodenspitze, ein Tropfenbereich im freien
Lichtbogen und das Schweißbad temperaturstrahlungsmäßig
beobachtet werden. Insbesondere hierbei ist es vorteilhaft,
die spektrale Verteilung der Strahlung auszuwerten, indem
diverse Spektralbereiche ausgefiltert und gemessen werden
oder eine Auflösung des Spektrums durch ein Gitter oder
Prisma und eine Abbildung des Spektrums auf eine
Photosensorzeile vorgenommen wird. Durch Bestimmung der
Lage des Strahlungsmaximums auf der Sensorzeile wird die
Temperatur bestimmt und als ein Wert der Signalwertegruppe
(GTW) zum Speicher (MPP) bzw. zum Qualitätsvergleicher
gegeben. Anstelle der optischen Signale ist es auch
möglich, geeignete akustische Signale mit vorgegebenen
Mustern zu vergleichen und dadurch Werte der Art der
Signalwertegruppe (GTW) zu bilden und daraus ein
Qualitätsabweichungssignal zu gewinnen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Sensorvorrichtung
für den Lichtbogenbereich besteht darin, daß der
Bereich vom Schweißbad bis zur Elektrodenspitze auf eine
Sensorzeile abgebildet wird, deren zyklisch abgefragte
Signalgruppe in bezug auf die räumliche Temperaturverteilung
ausgewertet wird, wodurch der Elektrodenabstand und
die Tropfenausbildung sowie, unter Berücksichtigung der
zeitlichen Lage der Abfrage der Signale der Stromimpulse,
auch die Tropfenablösung feststellbar ist. Zweckmäßig
wird die Abfrage jeweils nach dem Ende des Stromimpulses
vorgenommen, wenn ein Tropfen sich jeweils günstig gerade
abgelöst haben soll, wonach er fast ohne weitere Beschleunigung
durch eine hohe Spannung in das Schweißbad fällt
und somit nur geringe Spritzer verursacht.
Somit sind die für ein spritzerfreies Schweißen wichtigen
Meßgrößen wie der Elektrodenabstand zum Schweißbad und der
Tropfendurchmesser, vorteilhaft auszuwerten. Sie werden gemäß dem
Verfahren in dem ersten Betriebszustand der Optimierung
der Parameter dem jeweiligen Satz als Werte der
Signalwertegruppe (GTW) zugeordnet gespeichert und nach
Mittelwert und Streuungsbildung in dem zweiten Betriebszustand
als Qualitätskennwerte bzw. -toleranzwerte
vorgegeben und bei der Berechnung der Qualitätsabweichung
verwertet.
Es ist ein besonderer Vorteil des Verfahrens der statistischen
Parametervariation, daß eine exakte funktionale
Transformation der Meßsignale nicht erforderlich ist;
jedoch ist es vorteilhaft, die Meßsignale insbesondere
durch Differenz- oder Maximumbestimmung in weitgehend
störungsunabhängige Größen zu überführen, die
charakteristische Prozeßstörungen signalisieren, was eine
Eichung der Meßmittel zur absoluten Meßgrößenbestimmung
vorteilhaft erübrigt und die Meßmittel gegen Veränderung
der Empfindlichkeit und Verschmutzung der Strahlungssensoren
unempfindlich macht. Es ist lediglich eine relative
Empfindlichkeits-Normierung der Sensoren durchzuführen.
Dies kann in einem vorlaufenden Eichvorgang in bekannter
Weise einfach durchgeführt werden.
Sofern geeignete Qualitätskriterien und -toleranzen für
die Gruppe der aus den Strahlungsmeßsignalen gebildeten
Größen oder anderer Prozeßmeßgrößen, der Temperatursignale
oder Akustiksignale zu Beginn eines Adaptionsprozesses
nicht bekannt sind, ist vorgesehen, ergänzend externe
Qualitätsabweichungswerte (AQx), im ersten
Adaptionslauf einzugeben, so daß damit eine Selektion
günstiger Prozeßparametersätze und eine Adaption erfolgt.
Dabei werden im dargestellten Beispiel die Werte der
Temperatursignalgruppe (GTW) laufend den Prozeßparametern
zugeordnet eingespeichert. Sobald ein stabiler günstiger
Zustand erreicht ist, werden aus diesen Werten durch
Maximum-, Minimum-, Streubereichs-, oder Streuwertbildungen
und eine Mittelwertbildung die Qualitätstoleranzen
(QT) bzw. -kriterien (QK) erzeugt. Sind diese somit
bekannt, wird der Prozeß mit diesen weitergeführt, wobei
er auch mit diesen Werten an neue externe Bedingungen
adaptiert werden kann. Der günstigste Zustand wird danach durch
eine verbesserte Konvergenz der Adaption verglichen zum
Arbeiten mit externen Qualitätsbewertungen wesentlich
schneller erreicht.
Es wird somit zusätzlich oder auch anstelle einer
Qualitätsmessung am fertigen Produkt eine Qualitätsersatzgrößenmessung
vorgenommen, und auch diese so gewonnenen
Werte werden auf Einhaltung entsprechender Qualitäts-
Toleranzgrenzen geprüft und dem Addierer zugeführt. Eine
entsprechende Umsteuerung, welche Werte zu berücksichtigen
sind, wird über den Steuerprozessor vorgenommen.
Die beschriebenen Prozeßparameter und Qualitätskriterien
können auch durch ähnliche ersetzt werden oder nur einzeln
oder in Gruppen alternierend, ggf. zugeordnet zu den
verschiedenen Gruppen von Parametersätzen, statistisch
variiert werden.
So lassen sich auch für das Impulsschweißen, ähnlich wie
bei dem beschriebenen Punktschweißen, aus den Strömen und
Spannungen und den daraus jeweils für die einzelnen
Impulse und Pulsspannungszeiten durch Integration
gewonnenen Energiewerte vorteilhaft Ersatzparameter
bilden. Die Regelvorrichtung (RV) nach Fig. 1 und 2 wird
entsprechend statt mit den Phasen einer Wechselspannung
mit den Impulsen und Impulspausen betrieben, und die
Energiewerte werden ermittelt bzw. geprüft. Hierbei ergibt
sich, daß die Impulsenergie jedes einzelnen Impulses für
die jeweilige Tropfengröße maßgeblich ist, die über
längere Zeiten gemittelte Pausenzeitenenergie für die
Materialvorwärmleistung, die über längere Zeit gemittelte
Impulsenergie für die Abschmelzleistung und die
Lichtbogenspannung für den Elektrodenabstand maßgeblich
sind. Diese Parameter sind letztlich für die Qualität, nämlich für
Spritzerarmut, Rißarmut und bündige Füllung der Naht
bedeutsam.
Somit ist es vorteilhaft möglich, nur die Grundparameter,
nämlich den Abkühlungstemperaturverlauf und den Nahtquerschnitt
vorzugeben, aus denen sich der Brennervorschub,
der damit unmittelbar zusammenhängende Elektrodenvorschub
und daraus die Abschmelzleistung ergeben und dann die
Impulsenergie, die mittlere Impulsleistung und die Impulspausenleistung
adaptiv bestimmt werden, durch die über die
Regelvorrichtung letztlich die Ströme (IP, IG) und Impuls-
und Pausenzeiten (TP, TD) laufend bestimmt sind. Die
Vorrichtung besteht somit aus einer Kombination der
Vorrichtungen nach den Fig. 1 bis 4.
Eine solche kombinierte Vorrichtung bzw. das Verfahren
kann auch vorteilhaft für die adaptive Steuerung und
Regelung einer Elektronenstrahl- oder Laserstrahl-Schweißung
verwandt werden. Diese Verfahren arbeiten auch quasi
kontinuierlich, indem die Strahlenenergie impulsförmig
zugeführt wird, wobei die Impulsleistung, die Impulsdauer und
der Fokussierungsgrad, sowie der Vorschub als Parameter
vorgegeben sind. Für die Qualität der Schweißung in bezug
auf Mikrorisse und Festigkeit ist es dabei entscheidend,
wie sich das Gefüge beim Erkalten ausbildet, was von der
jeweiligen Größe des geschmolzenen Bereiches und der
Abkühlungsgeschwindigkeit abhängt.
Bei den einzelnen Impulsen, die eng fokussiert auf die
Nahtstelle der zusammengepreßten zu verschweißenden Teile,
gerichtet werden, wird anfangs ein Teil der Energie
reflektiert, bis ein solches Schmelzvolumen entstanden
ist, das praktisch alle Energie absorbiert, was dann zu
einer schnellen Kanalbildung bis tief in den Nahtbereich
führt. Die reflektierte Strahlung wird zweckmäßig durch
Sensoren beobachtet und deren Signal ausgewertet.
Hierdurch kann die anfängliche und folgende Strahlenenergie
zum Aufschmelzen bzw. Eindringen, die Zeiten des
Aufschmelzens, Eindringens und der Pause bis zum nächsten
Schweißimpuls und der Fokussierungsgrad beim Aufschmelzen
und Eindringen als Parameter unter Berücksichtigung einer
vorgegebenen Schweißnahttiefe und eines Vorschubes, der
wiederum für die Überlappung der Schweißpunkte maßgeblich
ist, adaptiv bestimmt werden. Bei der Vorgabe des
Vorschubes wird zweckmäßig die bekannte Tatsache
berücksichtigt, daß das Schweißen mit hohen Leistungen und
Vorschubgeschwindigkeiten zu einer geringeren Bildung von
Ausscheidungen und Mikrorissen in der Naht, also zu einer
erhöhten Qualität führt. Die Parameter dabei werden
zweckmäßig so optimiert, daß die Aufschmelzzeit möglichst
kurz ist und eine möglichst enge Naht mit ausreichend,
z. B. 30 Prozent, überlappten Schweißpunkten entsteht.
Die in Fig. 2 und 4 gezeigten Prozeßabläufe und die
Regelvorrichtung können in einem programmgesteuerten
Prozessor unter Verwendung des Rechenwerkes für die
Additionen, Vergleiche und Adreßrechnungen für die
Speicherbelegungen und die statistische Streuwerterzeugung
dargestellt werden, jedoch können auch Teile davon in
bekannter Schaltkreistechnik aufgebaut sein.
In Fig. 5 ist die Funktion des statistischen Generators
bei der Erzeugung eines Prozeßparameters (P) dargestellt.
Die beiden Kurven (W 1, W 2) zeigen die Wahrscheinlichkeit
(W), mit jeweils der höchsten Wahrscheinlichkeit auf 1
normiert, mit welcher die Prozeßparameterwerte für den
Schweißstrom (SI) zwischen den unteren und oberen
Grenzwerten (GWu, GWo), von im Beispiel 50 bzw. 90
Prozent, jeweils bei verschiedenen Streuungen,
entsprechend den mittleren Qualitätsabweichungen (Va 1,
Va 2) von 1 bzw. 0,1 um verschiedene Mittelwerte (VP 1, VP 2)
bei anfänglich geringer bzw. später guter Adaption erzeugt
werden. Die Werte außerhalb des Toleranzbereiches (Tb)
werden durch den Vergleicher (V 1), Fig. 4, unterdrückt.
In Fig. 6 sind die Funktionen zur Erzeugung der Prozeßparameter
(P) und der Auswertung der Qualitätsabweichungen
(Va) dargestellt. Die Gleichungen (I) geben die
Wahrscheinlichkeit (W) an, mit der die Variation x bei
einer mittleren Qualitätsabweichung (Va) auftritt. Es ist
eine Glockenkurve, vgl. Fig. 5, vorgesehen. Die maximale
Variation zu beiden Seiten des Mittelwertes ist mit +2 bis
-2 normiert, so daß Streuwerte im gesamten Toleranzbereich
(Tb) auch dann auftreten, wenn der Mittelwert an einer
Grenze des Toleranzbereiches liegt. Die Qualitätsabweichung
ist auf den Bereich zwischen 0 und 1 normiert.
Die Gleichungen (II) beschreiben die Erzeugung der einzelnen
neuen Prozeßparameterwerte (P) für den nächsten
Steuerzyklus n+1, die aus jeweils einem statistischen
Zahlenpaar x, y, der mittleren Qualitätsabweichung (Va),
und der jeweiligen Toleranzbreite (Tb), die bis zum
jeweils laufenden n-ten Zyklus, mit Index n benannt,
ermittelt wurden, bestimmt werden. Dabei wird die mit der
halben Toleranzbreite multiplizierte statistische Zahl x
als Variation zum entsprechenden Mittelwert der
Parameterwerte (VP) addiert. Der gebildete Parameterwert
(P) ist nur zugelassen, wenn die Grenzbedingugnen erfüllt
sind, daß erstens die statistische Zahl y kleiner als der
Wert der zugelassenen Wahrscheinlichkeit (W) ist und sie
zweitens innerhalb der Grenzwerte (GWo, GWu) liegt. Das
Zahlenpaar x, y hat beispielsweise eine Folge von
äquidistanten Werten mit einer Auflösung von 0,01, d. h.
von 400 bzw. 100 Werten in Gleichverteilung für x bzw. y.
Die Gleichung (III) zeigt die Wiederholungssteuerung (R)
der Erzeugung eines neuen statistischen Zahlenpaares x, y
an, falls der Parameterwert den in der Gleichung (II)
genannten Grenzbedingungen nicht genügt. Bei der hier
angegebenen Methode müssen also unter Umständen Parameter
mehrfach versuchsweise gebildet werden, bis die
Grenzbedingungen in der Gleichung (II) erfüllt sind und
ein geeigneter neuer Wert der Variation x gefunden worden
ist. Die Überwachung der Grenzbedingung der zweiten
statistischen Zahl y ist in dem statistischen Generator
(SG), Fig. 2, enthalten. Diese Methode kann auch durch
eine andere Art der gesteuerten Bereitstellung der
Variation x ersetzt werden.
Die Gleichung (IV) zeigt die arithmetische Mittelwert-
Bildung aus einer Anzahl m, der mit dem laufenden Index i
bezeichneten, ausgewählten Parameterwerte (P), die den
Qualitätsabweichungen (A) bis zum Zyklus n zugeordnet
sind.
Die Auswahl der Parametersätze (PP) auf Grund der
Abweichungen (A) von den Qualitätskriterien zeigt die
Gleichung (V) an. Aus der früheren Menge der Abweichungen
von den Qualitätskriterien, die mit dem Index n -1
bezeichnet ist, wird unter Hinzunahme der letzten
Abweichung der Qualitätskriterien das größte Element
E max ) ausgeschieden.
Die Bildung des arithmetischen Mittels (Va) aus den m
Elementen der ausgewählten Menge der Qualitätsabweichungen
(A) gibt die Gleichung (VI) an.
Claims (18)
1. Verfahren zur Regelung eines Schweißprozesses, bei dem
Prozeßparameter (P), die dessen untergeordneten Steuerung
oder Regelung dienen, jeweils abhängig von einer zyklisch
gemessenen Qualitätsabweichung (A 1) von vorgegebenen
Qualitätskriterien (QK) innerhalb vorgegebener Grenzwerte
(GWo, GWu) verändert werden, wobei der Schweißprozeß ein
Punktschweißprozeß ist, dessen Prozeßparameter (P) eine
Elektrodenanpreßkraft (EK), eine Vorpreßzeit (VT), eine
Vorwärmzeit (WT), eine Schweißzeit (ST), eine Nachpreßzeit
(NT), ein Vorwärmstrom (WI) und/oder ein Schweißstrom (SI)
sind und bei dem die Qualitätsabweichung (A) aus einer
Abweichung (DS) einer Scherzugkraft von einem vorgegebenen
Kriterium und einer Abweichung (DT) einer abgelaufenen
Zykluszeit (ZT) von einer vorgegebenen Grenzzeit (GZ)
gebildet wird, oder wobei der Schweißprozeß ein
Impulslichtbogen-Schweißprozeß ist, dessen Prozeßparameter
(P) die Größen von Steuersignalen für einen Schutzgasstrom
(SGV), Vorschubantriebe (SAV, SQV), einen
Elektrodenvorschub-Antrieb (SEV), einen Impulsstrom (IP),
eine Impulsdauer (TD), eine Impulspausendauer (TP) und
einen Grundstrom (IG) sind und dessen Qualitätsabweichung
(A 1) von einem vorgegebenen Qualitätskriterium extern
ermittelt und demgemäß als externe Qualitätsabweichung
(AQx) jeweils vorgegeben wird, oder wobei der
Schweißprozeß ein Elektronenstrahl- oder
Laserimpuls-Schweißverfahren ist, dessen Prozeßparameter
(P) die Größen von Steuersignalen einer
Vorschubgeschwindigkeit, eines Überlappungsgrades, einer
Impulsleistung, einer Impulsdauer, einer Impulspausendauer
und eines Fokussierungsgrades sind und dessen
Qualitätsabweichung (A 1) aus einer Messung einer
Rückstrahlleistung und einer bestimmten Zeit bis zu einem
Absinken der Rückstrahlleistung unter ein bestimmtes
vorgegebenes Maß und einem Vergleich der jeweilig
ermittelten Zeit mit einem Qualitätskriterium bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Qualitätsabweichung (A, A 1) aus Abweichungen (DS) von
Meßwerten (SK) am Endprodukt, aus Abweichungen (SDE) von
Meßwerten der Prozeßdaten (Epn) von Vorgabewerten (EPVn)
für Regler, aus Abweichungen (DT) von zyklischen Prozeßzeiten
(ZT) von Grenzzeiten (GZ) und/oder aus einer extern
bestimmten Qualitätsabweichung (AQx) abhängig von
vorgegebenen Betriebszuständen jeweils zusammengesetzt
wird, wobei die Abweichungen (DS, SDE, DT) vorzugsweise in
absoluter Größe und, in jeweils vorgegebenen Qualitätstoleranzbereichen
(QT) normiert, addiert werden und die
gesamte Qualitätsabweichung (A, A 1) entsprechend der
gesamten maximalen Abweichungen zu 1 normiert oder auf 1
begrenzt wird und die Prozeßparameter (P) als
Prozeßparametersätze (PP, PP 1) jeweils zugeordnet zu der
zugehörigen zyklisch bestimmten Qualitätsabweichung (A,
A 1) gespeichert werden und jeweils eine bestimmte Anzahl
der Sätze, die den geringsten Qualitätsabweichungen (A,
A 1) zugeordnet sind, ausgewählt werden, aus deren
Parametern (P) durch statistische Variation jeweils ein
Satz neuer Parameter (P) bestimmt wird, mit denen der
Prozeß anschließend gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bestimmung der neuen Prozeßparameter (P) jeweils aus
einem Mittelwert VP) der Prozeßparameter der ausgewählten
Sätze und einem statistischen Streuwert (SW)
erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die statistische Streuung der Streuwerterzeugung einer
Wahrscheinlichkeit, vorzugsweise einer Glockenfunktion,
unterliegt, deren Streubreite, vorzugsweise Halbwertsbreite,
dem Mittelwert (Va) der Qualitätsabweichungen (A,
A 1) der ausgewählten Sätze entspricht, und die so normiert
ist, daß sie bei einer maximalen Qualitätsabweichung (A,
A 1) dem jeweiligen Bereich, der durch den unteren und
oberen Genzwert (GWu, GWo) bestimmt ist, entspricht.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß bei dem Punktschweißprozeß die
Qualitätsabweichung (A) aus der Abweichung (DS) der
Scherzugkraft von dem vorgegebenen Qualitätskriterium
(QK), der Abweichung (DT) der jeweils abgelaufenen
Zykluszeit (ZT) von der vorgegebenen Grenzzeit (GZ) und
aus einer Summe von Abweichungen (SDE) aus während des
Zyklus ermittelten Energiewerten (EP) der gesteuerten
Stromphasen von vorgegebenen Energiewerten (EPVn) gebildet
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Punkt-Schweißprozeß mit einer phasenanschnittgesteuerten
Stromquelle (GS) betrieben wird und fortlaufend ein
Schweißstrom (IS) und eine Schweißspannung (US) gemessen
werden und für jede abgelaufene Stromphase daraus die
eingebrachte Phasenenergie (EPn-1) ermittelt wird und mit
einem jeweils vorgegebenen Phasenenergiewert (EPVn-1)
verglichen und so eine Phasenenergiedifferenz (DE)
gebildet wird, die korrigierend dem für die folgende Phase
vorgegebenen Phasenenergiewert (EPVn) zugegeben und bei
der Bestimmung eines folgenden Phasenanschnittszeitpunktes
(PTn) korrigierend berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
ermittelten eingebrachten Phasenenergien (EP) fortlaufend
zugeordnet zu den Prozeßparametersätzen (PP) und Qualitätsabweichungen
(A) gespeichert werden und daß aus den
Phasenenergien (EP) der ausgewählten Sätze mit den kleinsten
Qualitätsabweichungen (A) durch Mittelwertbildung für
die einzelnen Phasen die vorzugebenden Phasenenergiewerte
(EPV) und Qualitätskriterien (QK) sowie durch Streuungsbildung
die Qualitätstoleranzen (QT) gebildet und
gespeichert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß bei dem Impulslichtbogenschweißprozeß
die Qualitätsabweichung (A 1) aus Abweichungen (D 1, D 5,
D 46, D 123) von Meßsignalen, vorzugsweise
Infrarotstrahlungsmeßsignalen aus Meßbereichen (T 1, T 2,
T 3) der Schweißnaht (SN), aus Meßbereichen (T 4, T 6) nahe
der Schweißfuge (SF) und/oder Meßbereichen (T 5) nahe oder
im Lichtbogen (SL) mit vorgegebenen Qualitätskriterien
(QK) in Qualitätstoleranzbereichen (QT) periodisch,
vorzugsweise in fester zeitlicher Beziehung zum jeweiligen
Stromimpulsende, zusammengesetzt wird und dessen
Qualitätsabweichung (A 1) in einem bestimmten
Betriebszustand durch die externe Qualitätsabweichung
(AQx) vorgegeben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßbereiche (T 1, 2, T 3) der Schweißnaht (SN) in ihren
Abmessungen etwa der Schweißnahtbreite entsprechen und in
festen Abständen gestaffelt dem Lichtbogen (SL) folgend
angeordnet sind und die von diesen gewonnenen Meßsignale
absolut und/oder vorzugsweise differentiell oder spektral
zur Bildung der Abweichung (D 1, D 123) ausgewertet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßbereiche (T 4, T 5, T 6) der Schweißfuge (SF) in ihren
Abmessungen etwa der Schweißfugenbreite entsprechen und
dicht vor bzw. neben dem Lichtbogen angeordnet sind und
die von diesen gewonnenen Meßsignale absolut und/oder
differentiell zur Bildung der Abweichungen (D 5, D 46)
ausgewertet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßbereiche (T 5) im Lichtbogen (SL) in ihren
Abmessungen einem Bruchteil der Lichtbogenlänge entsprechen
und an der Elektrode im freien Lichtbogenbereich und
im Schweißbad angeordnet sind und die von diesen
gewonnenen Meßsignale absolut und/oder vorzugsweise
differentiell und/oder spektral zur Bildung von
Abweichungen ausgewertet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Betriebszustand in dem die externen Qualitätsabweichungen
(AQx) eingegeben werden, jeweils die gewonnenen
Strahlungsmeßwerte absolut oder von den Meßbereichen (T 1,
T 2, T 3) der Schweißnaht oder von den Meßbereichen (R 4, T 6)
neben der Schweißnaht differentiell oder von den
Meßbereichen im Lichtbogen (SL) spektral ausgewertet und
diese so gewonnenen Werte (GTW) zugeordnet zu dem
jeweiligen Parametersatz (PP) abgespeichert werden und aus
der Zahl der Sätze mit den geringsten Abweichungen (A 1)
aus diesen Werten durch Mittelwert- und Streuungsbildung
die Qualitätskriterien (QK) bzw. -toleranzen (QT) gebildet
und gespeichert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Speicher (MPP) eine erste Anzahl von
Prozeßparametersätzen, die von der laufenden Schweißung
jeweils in relativ kurzen Zeitabständen vorlaufend
verwandt wurden, zur Selektion und Auswertung
bereitgestellt wird und eine zweite Anzahl von
Prozeßparametersätzen, die jeweils von der laufenden
Schweißung in Zeitabständen, die jeweils der Vorschubzeit
von der Schweißstelle (SL) bis zum nachfolgenden
Meßbereich (T 1) entspricht, verwandt wurden, zusätzlich
bereitgestellt und ausgewertet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß bei dem Impulslichtbogenschweißprozeß durch
eine Spannungsmessung am Lichtbogen und Integralbildung
des Strom-Spannungsproduktes über die einzelnen
Impulszeiten jeweils die Impulsenergie und daraus die
Abschmelzleistung und durch eine Strom-Spannungsprodukt-
Integration in den Impulspausen die Vorwärmleistung
bestimmt wird und daß die Werte der Spannung in der
Impuls- und der Pausenzeit, die Impulsenergie, die
Abschmelz- und die Vorwärmleistung in einem ersten
Betriebszustand zugeordnet zu den Parametersätzen
abgespeichert und in einem zweiten Betriebszustand nach
Mittelwert- und Streuungsbildungen als Qualitätskriterien
(QK) bzw. Toleranzbereiche (QT) zur Bildung der Abweichung
(A, A 1) vorgegeben werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß bei dem Elektronenstrahl- oder
Laserimpuls-Schweißverfahren die Zeit bis zum jeweiligen
Absinken der Rückstrahlleistung unter ein bestimmtes
vorgegebenes Maß jeweils bestimmt wird und in einem ersten
Betriebszustand jeweils zu dem Parametersatz zugeordnet
abgespeichert wird und in einem zweiten Betriebszustand
nach Mittelwert- und Streuungsbildung als das
Qualitätskriterium bzw. als ein Qualitätsstreuwert zur
Bestimmung der Abweichung (A, A 1) ausgewertet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Impuls aus einem Aufschmelz- und einem Eindringanteil
besteht, für den die Energiebestimmung jeweils bis
bzw. von dem ermittelten Aufschmelzzeitpunkt vorgenommen
wird und die Betriebsparameter der Impulsleistung, der
Impulsdauer und des Fokussierungsgrades für beide Impulsanteile
getrennt durch die statistische Variation bestimmt
werden.
16. Schweißvorrichtung die einen programmgesteuerten
Steuerprozessor (MP 1) enthält, dessen Programm einem
Steuerverfahren gemäße Abläufe zur Bildung von
Prozeßparametern (P) zyklisch steuert und Speicherbereiche
(MA, MPP, MG, ME) in einem Datenspeicher für die
zugeordnete Speicherung von Prozeßparametern (PP)
Qualitätsabweichungen (A, A 1), Grenzwerten (GWo, GWu),
Qualitätskriterien (QK) und Qualitätstoleranzbereichen
(QT) bzw. aus Meßwerten durch Verarbeitung gewonnene Werte
(EP, GTW) bereitstellt, und die Meßmittel (SS 1, SS 2),
vorzugsweise Schall- und/oder Lichtstrahlungssensoren,
und/oder Meßwertverarbeitungsvorrichtungen (UI, L/T) zur
Integration, Produkt-, Differenzbildung, und/oder
Maximumanalyse enthält und eine phasenanschnittgesteuerte
Stromversorgung und Schweißstrom- und -spannungsmeß-
Vorrichtungen (US, IS) enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß sie für die Strom- und Spannungsmeßsignale einen
phasengesteuerten Integrator (UI) des
Stromspannungsproduktes enthält, dessen Ausgangssignal
jeweils am Phasenende einem Vergleicher (V 3) zugeführt
wird dessen anderer Eingang jeweils mit einem vorgegeben
Vergleichswert (EPVn-1) beaufschlagt ist und dessen
Ausgangssignal (DE) einem Phasenanschnittsteuerer (E/P)
eingangsseitig über einen Addierer (ADD 3) zusammen mit
einem weiteren Vorgabewert (EPVn) zugeführt wird und zur
Bildung eines Qualitätsabweichungssignals (A) dient, das
die statistischen Variationen der Prozeßparameter (P) im
Steuerprozessor (MP 1) steuert.
17. Schweißvorrichtung nach Anspruch 16, insbesondere
Impulslichtbogen-, Elektronenstrahl- oder Laserimpuls-
Schweißvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in fester
räumlicher Zuordnung zum Lichtbogen (SL), der Schweißnaht
(SN) und der Schweißfuge (SF) Strahlungssensoren SS 1,
SS 2), vorzugsweise Infrarotlicht-Sensoren, angeordnet
sind, deren Signalleitungen (L 1, L 2) eingangsseitig mit
dem Steuerprozessor (MP 1) verbunden sind und wobei jeweils
über eine Abbildungsoptik die Meßbereiche (T 1, T 2, T 3; T 4,
T 5, T 6; T 7, T 8) längs zur Schweißnaht und quer zur
Schweißnaht und die des Lichtbogens auf die
Strahlungssensoren, vorzugsweise auf
Photosensorzeilenanordnungen, abgebildet werden, deren
Ausgangssignale periodisch dem Steuerprozessor (MP 1)
zugeführt werden und zur Bildung des
Qualitätsabweichungssignals (A) ausgewertet werden.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahlung mindestens eines Meßbereiches, vorzugsweise
des Schweißbades und der Schweißnaht, einem
Spektralanalysator zugeführt wird, und dabei vorzugsweise
über eine Brechungs- oder Beugungsoptik geführt und auf eine
Photosensorzeilenanordnung abgebildet wird, und daß dessen
Ausgangssignal einem Maximumdetektor zur Bestimmung der
Lage des Maximums bzw. der Temperatur des Meßbereiches
zugeleitet wird, die zur Bildung des
Qualitätsabweichungs-Signals (A) ausgewertet werden.
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